考点4 电场、磁场和能量转化
初中九年级物理教案研究电磁学和能量转换的基本原理
初中九年级物理教案研究电磁学和能量转换的基本原理引言：教案是教师备课的重要工具，通过科学合理的设计和安排，能够帮助学生更好地掌握知识和技能。
本篇教案将研究初中九年级物理课程的教案设计，主要关注于电磁学和能量转换的基本原理。
一、电磁学的基本概念及原理电磁学是研究电场和磁场相互作用的学科，电磁学的基本概念和原理是学生理解电磁现象的核心。
本节的教案设计将重点讲解以下几个内容：1. 电场和电荷：引导学生通过观察带电体之间的相互作用，理解电场和电荷的概念，并掌握库仑定律的应用。
2. 磁场和磁力线：通过实验观察磁铁与铁钉的相互作用，引导学生认识磁场和磁力线的特点，并掌握安培定律的应用。
3. 电磁感应现象：通过实验展示电磁铁感应并点亮灯泡的过程，引导学生了解电磁感应的基本原理，掌握法拉第电磁感应定律的应用。
4. 电磁波的发射与接收：通过实验演示电磁波的发射和接收，让学生了解电磁波的基本特性，掌握电磁波的传播速度和频率的计算。
二、能量转换的基本原理能量转换是物理学中的重要内容之一，学生通过对能量转换的研究，能够理解能量守恒定律和能量转换的基本原理。
本节的教案设计将重点讲解以下几个内容：1. 动能和势能：通过实例引导学生认识动能和势能的概念，了解它们之间的转化关系，掌握能量守恒定律的应用。
2. 热能和温度：通过实验观察物体受热后温度的变化，引导学生认识热能和温度的关系，并掌握热能的传递方式和计算方法。
3. 机械能和电能的转换：通过实验演示水流驱动发电机发电的过程，让学生了解机械能和电能之间的相互转换关系，掌握机械能和电能的计算方法。
4. 光能和化学能的转换：通过实例和实验引导学生认识光能和化学能的概念，了解它们之间的转化关系，并掌握光能和化学能的计算方法。
三、教学策略和教学方法为了提高教学效果，本节的教案设计将运用一些有效的教学策略和教学方法，以激发学生的学习兴趣和主动性。
1. 探究式学习：通过实验和观察，让学生亲自参与到物理现象的探索中，培养学生的科学思维和实验能力。
电场与磁场的能量转化及计算方法
电场与磁场的能量转化及计算方法在物理学中，电场和磁场是两个重要的概念，它们不仅在我们日常生活中起着重要作用，而且在科学研究和技术应用中也扮演着重要角色。
本文将探讨电场和磁场之间的能量转化以及计算方法。
一、电场的能量转化电场是由电荷产生的力场，它可以对其他电荷施加力，并且具有能量。
当电荷在电场中移动时，电场对其做功，将电势能转化为动能。
这种能量转化可以通过以下公式计算：电场能量= 1/2 * ε * E^2 * V其中，ε是真空介电常数，E是电场强度，V是体积。
电场能量的计算方法可以通过对电场的积分来实现。
假设我们有一个电荷分布在空间中，电场强度在不同位置上有所变化。
我们可以将空间分成小的体积元，计算每个体积元内的电场能量，并对所有体积元的电场能量进行求和，即可得到总的电场能量。
二、磁场的能量转化磁场是由电流或磁体产生的力场，它也具有能量。
当电流通过导线时，磁场对电流产生力，并将电流的动能转化为磁场能量。
磁场能量的计算方法如下：磁场能量= 1/2 * μ * H^2 * V其中，μ是真空磁导率，H是磁场强度，V是体积。
与电场能量的计算类似，磁场能量的计算也可以通过对磁场的积分来实现。
我们可以将空间分成小的体积元，计算每个体积元内的磁场能量，并对所有体积元的磁场能量进行求和，即可得到总的磁场能量。
三、电场和磁场的能量转化电场和磁场之间存在着相互转化的关系。
当电流通过导线时，磁场会随之产生。
而当磁场发生变化时，会产生感应电场。
这种相互转化的过程可以通过麦克斯韦方程组来描述。
电场和磁场的能量转化可以通过以下公式计算：能量转化率 = 1/2 * (E * J + H * B)其中，E是电场强度，J是电流密度，H是磁场强度，B是磁感应强度。
这个公式表明，电场和磁场之间的能量转化是由电流和磁感应强度共同决定的。
当电流通过导线时，电场能量转化为磁场能量；而当磁场发生变化时，磁场能量转化为电场能量。
四、计算方法的应用电场和磁场的能量转化及其计算方法在科学研究和技术应用中具有重要意义。
电场与磁场的能量转换解析电磁波的产生
电场与磁场的能量转换解析电磁波的产生电磁波是一种能量传播的方式，它是由电场和磁场通过相互转换而产生的。
在这篇文章中，我们将探讨电场和磁场之间的能量转换以及电磁波的产生机制。
一、电场与磁场能量转换电场和磁场之间的能量转换是通过电磁场的耦合来实现的。
电场的能量密度可以表示为：\[u_e = \frac{1}{2}\epsilon_0 E^2\]其中，\(u_e\)为电场能量密度，\(\epsilon_0\)为真空介电常数，\(E\)为电场强度。
磁场的能量密度可以表示为：\[u_m = \frac{1}{2\mu_0}B^2\]其中，\(u_m\)为磁场能量密度，\(\mu_0\)为真空磁导率，\(B\)为磁感应强度。
当电场和磁场在空间中变化时，它们的能量也会随之变化。
根据麦克斯韦方程组的推导，电场的能量变化率与磁场的能量变化率之间存在一定的关系：\[\frac{{\partial u_e}}{{\partial t}} = -\nabla \cdot S_m\]\[\frac{{\partial u_m}}{{\partial t}} = \nabla \cdot S_e\]其中，\(S_m\)和\(S_e\)分别表示磁场和电场的能流密度。
由这两个方程可知，当电场的能量减少时，磁场的能量会增加；当磁场的能量减少时，电场的能量会增加。
这种能量在电场和磁场之间的相互转换以及传播形成了电磁波的产生机制。
二、电磁波的产生机制电磁波的产生需要具备以下三个条件：存在变化的电场、存在变化的磁场、电场和磁场满足一定的关系。
当电场和磁场满足以下关系时，它们之间就会相互耦合，形成一种传播能量的电磁波：\[\nabla \times E = -\frac{{\partial B}}{{\partial t}}\]\[\nabla \times B = \mu_0 \epsilon_0 \frac{{\partial E}}{{\partial t}}\]这两个方程组合起来被称为麦克斯韦方程组的规范方程。
物理知识点总结电磁学和能量转化
物理知识点总结电磁学和能量转化物理知识点总结 - 电磁学和能量转化在物理学中，电磁学和能量转化是两个重要的知识点。
电磁学研究电荷与电场、磁场之间的相互作用，而能量转化则涉及能量在不同形式之间的转换。
本文将对电磁学和能量转化的相关知识进行总结。
一、电磁学1. 电荷与电场电荷是物质基本属性之一，可以分为正电荷和负电荷。
正负电荷之间的相互作用形成了电场。
电场是由电荷产生的物理场，具有方向和大小。
2. 静电力和库仑定律静电力是由电荷之间的相互作用而产生的力。
根据库仑定律，静电力的大小与电荷之间的距离和电荷的量成正比，与电荷的正负性有关。
3. 电场强度和电势电场强度描述了电场对单位正电荷的作用力，单位为牛顿/库仑。
电势则是描述电场对电荷的作用能，单位为伏特。
电势与电场强度之间存在着关系，电场强度等于电势的负梯度。
4. 磁场和磁力磁场是由电流形成的物理现象。
电流通过导线时，会形成一个环绕导线的磁场。
磁场对带有电荷的物体会施加磁力，磁力的大小和方向由洛伦兹力定律决定。
5. 法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律描述了磁场变化引起感应电动势的现象。
当磁场发生变化时，会在导体中产生感应电流。
感应电流的大小与磁场变化率成正比。
6. 法拉第电磁感应定律的应用：电磁感应现象和电磁感应发电机电磁感应现象在电磁感应发电机中得到了广泛应用。
电磁感应发电机通过旋转导线圈与磁场的相互作用，将机械能转化为电能。
二、能量转化1. 功和功率功是描述物体受力移动的量，可以通过力施加的距离和力的大小计算得到。
功率则是单位时间内做功的大小，单位为瓦特。
2. 动能和势能动能是物体由于运动而具有的能量，与物体的质量和速度的平方成正比。
势能则是物体由于位置而具有的能量，包括重力势能和弹性势能等。
3. 能量守恒定律能量守恒定律是物理学中的基本定律之一。
它指出，在一个封闭系统中，能量不会被创造或消失，只会从一种形式转化为另一种形式。
4. 能量的转化和传递能量在不同形式之间可以相互转化和传递。
电磁场理论中的电场能量与磁场能量
电磁场理论中的电场能量与磁场能量电磁场是物质世界中最基本的物理现象之一，它包括电场和磁场两个方面。
在电磁场理论中，电场能量和磁场能量是非常重要的概念。
本文将探讨电场能量和磁场能量的性质和相互关系。
首先，我们来看电场能量。
电场能量是指电场所具有的能量。
当电荷在电场中移动时，电场对电荷做功，将能量传递给电荷。
这个能量的大小与电荷的大小、电场的强度以及电荷在电场中移动的距离有关。
根据电场能量的定义，我们可以得到电场能量的表达式：\[E_e = \frac{1}{2}\epsilon_0\int |\mathbf{E}|^2 dV\]其中，\(E_e\)表示电场能量，\(\epsilon_0\)是真空介电常数，\(\mathbf{E}\)是电场强度矢量，\(dV\)表示体积元素。
这个积分表示对整个空间中的电场能量密度进行积分。
接下来，我们转向磁场能量。
磁场能量是指磁场所具有的能量。
当电流通过导线时，会产生磁场。
磁场能量可以通过电流对磁场做功来传递。
磁场能量的大小与电流的大小、磁场的强度以及电流在磁场中移动的距离有关。
根据磁场能量的定义，我们可以得到磁场能量的表达式：\[E_m = \frac{1}{2\mu_0}\int |\mathbf{B}|^2 dV\]其中，\(E_m\)表示磁场能量，\(\mu_0\)是真空磁导率，\(\mathbf{B}\)是磁感应强度矢量，\(dV\)表示体积元素。
这个积分表示对整个空间中的磁场能量密度进行积分。
电场能量和磁场能量之间存在着密切的关系，即电磁场能量守恒定律。
根据这个定律，电场能量和磁场能量的总和在任何时刻都保持不变。
当电场能量减少时，磁场能量会相应增加，反之亦然。
这种能量的转化和传递是由电磁场的相互作用引起的。
除了能量守恒定律，电场能量和磁场能量还满足一些其他的性质。
首先，它们都是正定量，即它们的值始终大于等于零。
其次，它们都与场强的平方成正比，即它们的大小与场强的平方成正比。
磁场力和磁场能量的转化
磁场力和磁场能量的转化磁场力是指磁场对物体施加的作用力，而磁场能量则是磁场所具有的能量。
磁场力和磁场能量之间存在着一种转化关系，通过研究这种转化关系，我们可以更好地理解磁场的特性和应用。
本文将探讨磁场力和磁场能量的转化以及相关的实例和应用。
一、磁场力的转化磁场力的转化是指磁场力所做的功转化为其他形式的能量。
根据物体所处的位置和方向，磁场力可以分为吸引力和斥力。
当两个磁性物体之间存在磁场时，它们之间会相互吸引或相互斥力。
当两个相同极性的磁体靠近时，它们之间会产生相互的斥力，这是由于它们的磁场相互作用造成的。
反之，当两个不同极性的磁体靠近时，它们之间会产生相互的吸引力。
这种磁场力的转化可以用以下公式表示：F = BILsinθ其中，F表示磁场力，B表示磁感应强度，I表示电流强度，L 表示导线的长度，θ表示磁场线与导线的夹角。
通过这个公式，我们可以计算出磁场力的大小。
磁场力的转化主要有以下几种形式：1. 运动能量转化当一个物体受到磁场力的作用，而且在作用力的方向上有运动时，磁场力会使得物体的动能增加或减少。
这种转化可以用以下公式表示：W = ΔKE = Fd其中，W表示功，ΔKE表示动能的变化，F表示磁场力，d表示物体在磁场力方向上的位移。
通过这个公式，我们可以计算出磁场力所做的功以及动能的变化。
2. 热能转化当一个物体受到磁场力的作用，并且在作用力方向上有一定的摩擦时，磁场力会使物体产生热能。
这种转化可以用以下公式表示：Q = ΔE = Fd其中，Q表示热能的变化，ΔE表示内能的变化，F表示磁场力，d表示物体在磁场力方向上的位移。
通过这个公式，我们可以计算磁场力所做的功以及热能的变化。
二、磁场能量的转化磁场能量是指磁场所具有的能量，它是由电流所激发的磁场产生的。
当电流通过导线时，它会产生磁场，并且给磁场储存了一定的能量。
这种储存的能量可以通过改变电流的强度或改变导线的长度来改变。
磁场能量的转化主要有以下几种形式：1. 引起感应电流当磁场与一个闭合电路相互作用时，它会引起电磁感应现象，导致感应电流的产生。
电场、磁场和能量转化
考点4 电场、磁场和能量转化命题趋势电场、磁场和能量的转化是中学物理重点内容之一，分析近十年来高考物理试卷可知，这部分知识在高考试题中的比例约占13%，几乎年年都考，从考试题型上看，既有选择题和填空题，也有实验题和计算题；从试题的难度上看，多属于中等难度和较难的题，特别是只要有计算题出现就一定是难度较大的综合题；由于高考的命题指导思想已把对能力的考查放在首位，因而在试题的选材、条件设置等方面都会有新的变化，将本学科知识与社会生活、生产实际和科学技术相联系的试题将会越来越多，而这块内容不仅可以考查多学科知识的综合运用，更是对学生实际应用知识能力的考查，因此在复习中应引起足够重视。
知识概要能量及其相互转化是贯穿整个高中物理的一条主线，在电场、磁场中，也是分析解决问题的重要物理原理。
在电场、磁场的问题中，既会涉及其他领域中的功和能，又会涉及电场、磁场本身的功和能，相关知识如下表：如果带电粒子仅受电场力和磁场力作用，则运动过程中，带电粒子的动能和电势能之间相互转化，总量守恒；如果带电粒子受电场力、磁场力之外，还受重力、弹簧弹力等，但没有摩擦力做功，带电粒子的电势能和机械能的总量守恒；更为一般的情况，除了电场力做功外，还有重力、摩擦力等做功，如选用动能定理，则要分清有哪些力做功？做的是正功还是负功？是恒力功还是变力功？还要确定初态动能和末态动能；如选用能量守恒定律，则要分清有哪种形式的能在增加，那种形式的能在减少？发生了怎样的能量转化？能量守恒的表达式可以是：①初态和末态的总能量相等，即E 初=E 末；②某些形势的能量的减少量等于其他形式的能量的增加量，即ΔE 减=ΔE 增；③各种形式的能量的电、磁场中的功和能电场中的功和能 电势能由电荷间的相对位置决定，数值具有相对性，常取无限远处或大地为电势能的零点。
重要的不是电势能的值，是其变化量 电场力的功 与路径无关，仅与电荷移动的始末位置有关：W =qU电场力的功和电势能的变化 电场力做正功 电势能 → 其他能 电场力做负功 其他能 → 电势能转化 转化 磁场中的功和能洛伦兹力不做功 安培力的功 做正功：电能 → 机械能，如电动机做负功：机械能 → 电能，如发电机 转化 转化增量（ΔE =E 末-E 初）的代数和为零，即ΔE 1+ΔE 2+…ΔE n =0。
理解磁场和电场的能量守恒定律
掌握非保守力作用下系统能量变化的分析方法的意义
在实际问题中，非保守力往往不可避免，掌握非保守力作用下系统能量变化的分析方法 有助于我们更准确地预测和解决实际问题。
学习过程中的挑战与收获
在学习过程中，可能会遇到一些难以理解的概念和公式，但通过不断思考和练习，可以 逐渐掌握这些知识点，并体会到学习的乐趣和收获。
03
洛伦兹力与安培力做功分析
洛伦兹力做功特点
洛伦兹力不做功
洛伦兹力始终与带电粒子的运动方向垂直，因此洛伦兹力对 带电粒子不做功。
洛伦兹力改变粒子运动方向
虽然洛伦兹力不做功，但它可以改变带电粒子的运动方向， 使粒子在磁场中做匀速圆周运动。
安培力做功特点
安培力可以做功
安培力是通电导线在磁场中受到的力 ，当导线与磁场方向不垂直时，安培 力可以对导线做功。
能量转换
在电磁现象中，电场能和磁场能 可以相互转换，但总能量保持不 变。
100%
能量守恒的应用
在电磁感应、电磁波传播等过程 中，能量守恒定律为分析和计算 提供了重要的依据。
80%
对现代科技的影响
能量守恒定律在电磁学中的应用 为现代电力工业、电子技术和通 信技术等领域的发展提供了理论 支持。
05
实验验证：磁场和电场中能量守恒定律
理解磁场和电场的能量守恒定 律
汇报人:XX
2024-01-10
目
CONTENCT
录
• 磁场与电场基本概念 • 能量守恒定律在磁场和电场中应用 • 洛伦兹力与安培力做功分析 • 麦克斯韦方程组与能量守恒关系探
讨
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考点4 电场、磁场和能量转化命题趋势电场、磁场和能量的转化是中学物理重点内容之一，分析近十年来高考物理试卷可知，这部分知识在高考试题中的比例约占13%，几乎年年都考，从考试题型上看，既有选择题和填空题，也有实验题和计算题；从试题的难度上看，多属于中等难度和较难的题，特别是只要有计算题出现就一定是难度较大的综合题；由于高考的命题指导思想已把对能力的考查放在首位，因而在试题的选材、条件设置等方面都会有新的变化，将本学科知识与社会生活、生产实际和科学技术相联系的试题将会越来越多，而这块内容不仅可以考查多学科知识的综合运用，更是对学生实际应用知识能力的考查，因此在复习中应引起足够重视。
知识概要能量及其相互转化是贯穿整个高中物理的一条主线，在电场、磁场中，也是分析解决问题的重要物理原理。
在电场、磁场的问题中，既会涉及其他领域中的功和能，又会涉及电场、磁场本身的功和能，相关知识如下表：如果带电粒子仅受电场力和磁场力作用，则运动过程中，带电粒子的动能和电势能之间相互转化，总量守恒；如果带电粒子受电场力、磁场力之外，还受重力、弹簧弹力等，但没有摩擦力做功，带电粒子的电势能和机械能的总量守恒；更为一般的情况，除了电场力做功外，还有重力、摩擦力等做功，如选用动能定理，则要分清有哪些力做功？做的是正功还是负功？是恒力功还是变力功？还要确定初态动能和末态动能；如选用能量守恒定律，则要分清有哪种形式的能在增加，那种形式的能在减少？发生了怎样的能量转化？能量守恒的表达式可以是：①初态和末态的总能量相等，即E 初=E 末；②某些形势的能量的减少量等于其他形式的能量的增加量，即ΔE 减=ΔE 增；③各种形式的能量的增量（ΔE =E 末-E 初）的代数和为零，即ΔE 1+ΔE 2+…ΔE n =0。
电磁感应现象中，其他能向电能转化是通过安培力的功来量度的，感应电流在磁场电、磁场中的功和能电场中的功和能 电势能由电荷间的相对位置决定，数值具有相对性，常取无限远处或大地为电势能的零点。
重要的不是电势能的值，是其变化量 电场力的功 与路径无关，仅与电荷移动的始末位置有关：W =qU电场力的功和电势能的变化 电场力做正功 电势能 → 其他能 电场力做负功 其他能 → 电势能转化 转化 磁场中的功和能洛伦兹力不做功 安培力的功 做正功：电能 → 机械能，如电动机做负功：机械能 → 电能，如发电机 转化 转化中受到的安培力作了多少功就有多少电能产生，而这些电能又通过电流做功转变成其他能，如电阻上产生的内能、电动机产生的机械能等。
从能量的角度看，楞次定律就是能量转化和守恒定律在电磁感应现象中的具体表现。
电磁感应过程往往涉及多种能量形势的转化，因此从功和能的观点入手，分析清楚能量转化的关系，往往是解决电磁感应问题的重要途径；在运用功能关系解决问题时，应注意能量转化的来龙去脉，顺着受力分析、做功分析、能量分析的思路严格进行，并注意功和能的对应关系。
点拨解疑【例题1】（1989年高考全国卷）如图1所示，一个质量为m ，电量为-q 的小物体，可在水平轨道x 上运动，O 端有一与轨道垂直的固定墙，轨道处在场强大小为E ，方向沿Ox 轴正向的匀强磁场中，小物体以初速度v 0从点x 0沿Ox 轨道运动，运动中受到大小不变的摩擦力f 作用，且f <qE ，小物体与墙壁碰撞时不损失机械能，求它在停止前所通过的总路程？【点拨解疑】 首先要认真分析小物体的运动过程，建立物理图景。
开始时，设物体从x 0点，以速度v 0向右运动，它在水平方向受电场力qE 和摩擦力f ，方向均向左，因此物体向右做匀减速直线运动，直到速度为零；而后，物体受向左的电场力和向右的摩擦力作用，因为qE >f ，所以物体向左做初速度为零的匀加速直线运动，直到以一定速度与墙壁碰撞，碰后物体的速度与碰前速度大小相等，方向相反，然后物体将多次的往复运动。
但由于摩擦力总是做负功，物体机械能不断损失，所以物体通过同一位置时的速度将不断减小，直到最后停止运动。
物体停止时，所受合外力必定为零，因此物体只能停在O 点。
对于这样幅度不断减小的往复运动，研究其全过程。
电场力的功只跟始末位置有关，而跟路径无关，所以整个过程中电场力做功 0qEx W E =根据动能定理 k E W ∆=总， 得：200210mv fs qEx -=- f mv qEx s 22200+=∴。
点评：该题也可用能量守恒列式：电势能减少了0qEx ，动能减少了2021mv ，内能增加了fs ， ∴ 20021mv qEx fs += 同样解得fmv qEx s 22200+=。
【例题2】 如图2所示，半径为r 的绝缘细圆环的环面固定在水平面上，场强为E 的匀强电场与环面平行。
一电量为+q 、质量为m 的小球穿在环上，可沿环作无摩擦的圆周运动，若小球经A 点时，速度v A 的方向恰与电场垂直，且圆环与小球间沿水平方向无力的作用，试计算：（1）速度v A 的大小； （2）小球运动到与A 点对称的B 点时，对环在水平方向的作用力。
【点拨解疑】 （1）在A 点，小球在水平方向只受电场力作用，根据牛顿第二定律得： rv m qE A 2= 所以小球在A 点的速度mqEr v A =。
（2）在小球从A 到B 的过程中，根据动能定理，电场力做的正功等于小球动能的增加量，即 2221212A B mv mv qEr -=， 小球在B 点时，根据牛顿第二定律，在水平方向有rv m qE N B B 2=- 解以上两式，小球在B 点对环的水平作用力为：qE N B 6=。
点评：分析该题，也可将水平的匀强电场等效成一新的重力场，重力为Eq ，A 是环上的最高点，B 是最低点；这样可以把该题看成是熟悉的小球在竖直平面内作圆周运动的问题。
【例题3】（2002年理综全国卷）如图3所示有三根长度皆为l ＝1.00 m 的不可伸长的绝缘轻线，其中两根的一端固定在天花板上的 O 点，另一端分别挂有质量皆为m ＝1.00×210-kg 的带电小球A 和B ，它们的电量分别为一q 和＋q ，q ＝1.00×710-C ．A 、B 之间用第三根线连接起来．空间中存在大小为E ＝1.00×106N/C 的匀强电场，场强方向沿水平向右，平衡时 A 、B 球的位置如图所示．现将O 、B 之间的线烧断，由于有空气阻力，A 、B 球最后会达到新的平衡位置．求最后两球的机械能与电势能的总和与烧断前相比改变了多少．（不计两带电小球间相互作用的静电力） 【点拨解疑】图（1）中虚线表示A 、B 球原来的平衡位置，实线表示烧断后重新达到平衡的位置，其中α、β分别表示OA 、AB 与竖直方向的夹角。
A 球受力如图（2）所示：重力mg ，竖直向下；电场力qE ，水平向左；细线OA 对A 的拉力T 1，方向如图；细线AB 对A 的拉力T 2，方向如图。
由平衡条件得qE T T =+βαsin sin 21① βαcos cos 21T mg T +=②B 球受力如图（3）所示：重力mg ，竖直向下；电场力qE ，水平向右；细线AB 对B的拉力T 2，方向如图。
由平衡条件得qE T =βsin 2③ mg a T =cos 2④联立以上各式并代入数据，得 0=α⑤ ο45=β⑥由此可知，A 、B 球重新达到平衡的位置如图（4）所示。
与原来位置相比，A 球的重力势能减少了 )60sin 1(ο-=mgl E A ⑦B 球的重力势能减少了 )45cos 60sin 1(οο+-=mgl E B ⑧ -q q OA B E 图3 -q qOA B E图（4）图 4A 球的电势能增加了 W A =qElcos 60°⑨B 球的电势能减少了 )30sin 45(sin οο-=qEl W B ⑩两种势能总和减少了 B A A B E E W W W ++-=代入数据解得 J W 2108.6-⨯=【例题4】（2003年全国理综卷）如图5所示，两根平行的金属导轨，固定在同一水平面上，磁感应强度B =0.50T 的匀强磁场与导轨所在平面垂直，导轨的电阻很小，可忽略不计。
导轨间的距离l=0.20m 。
两根质量均为m=0.10kg 的平行金属杆甲、乙可在导轨上无摩擦地滑动，滑动过程中与导轨保持垂直，每根金属杆的电阻为R =0.50Ω。
在t =0时刻，两杆都处于静止状态。
现有一与导轨平行、大小为0.20N 的恒力F 作用于金属杆甲上，使金属杆在导轨上滑动。
经过t =5.0s ，金属杆甲的加速度为a =1.37m/s 2，问此时两金属杆的速度各为多少？【点拨解疑】设任一时刻t 两金属杆甲、乙之间的距离为x ，速度分别为v 1和v 2,经过很短的时间△t ，杆甲移动距离v 1△t ，杆乙移动距离v 2△t ，回路面积改变 t l v v lx t t v t v x S ∆-=-+∆+∆-=∆)(])[(2112 由法拉第电磁感应定律，回路中的感应电动势t S B E ∆∆= 回路中的电流 R E i 2= 杆甲的运动方程ma Bli F =-由于作用于杆甲和杆乙的安培力总是大小相等，方向相反，所以两杆的动量0(=t 时为0）等于外力F 的冲量211mv mv F +=联立以上各式解得)](2[21211ma F F B R m F v -+= )](2[212212ma F IB R m F v --= 代入数据得s m v s m v /85.1/15.821==针对训练1． 如图6所示，长L 1宽L 2的矩形线圈电阻为R ，处于磁感应强度为B 的匀强磁场边缘，线圈与磁感线垂直。
将线圈以向右的速度v 匀速拉出磁场，求：①拉力F 大小；②拉力的功F 图 5图 6率P ；③拉力做的功W ；④线圈中产生的电热Q ；⑤通过线圈某一截面的电荷量q 。
2．如图7所示，水平的平行虚线间距为d =50cm ，其间有B=1.0T的匀强磁场。
一个正方形线圈边长为l =10cm ，线圈质量m=100g ，电阻为R =0.020Ω。
开始时，线圈的下边缘到磁场上边缘的距离为h =80cm 。
将线圈由静止释放，其下边缘刚进入磁场和刚穿出磁场时的速度相等。
取g =10m/s 2，求：⑴线圈进入磁场过程中产生的电热Q 。
⑵线圈下边缘穿越磁场过程中的最小速度v 。
⑶线圈下边缘穿越磁场过程中加速度的最小值a 。
3．（2001年上海卷）如图8所示，有两根和水平方向成。
角的光滑平行的金属轨道，上端接有可变电阻R ，下端足够长，空间有垂直于轨道平面的匀强磁场，磁感强度为及一根质量为m 的金属杆从轨道上由静止滑下。
经过足够长的时间后，金属杆的速度会趋近于一个最大速度几，则（A ）如果B 增大，v m 将变大（B ）如果α变大，v m 将变大（C ）如果R 变大，v m 将变大（D ）如果m 变小，v m 将变大4．（2001年上海卷）半径为a 的圆形区域内有均匀磁场，磁感强度为B ＝0.2T ，磁场方向垂直纸面向里，半径为b 的金属圆环与磁场同心地放置，磁场与环面垂直，其中a ＝0.4m ，b ＝0.6m ，金属环上分别接有灯L 1、L 2，两灯的电阻均为R 0＝2Ω，一金属棒MN 与金属环接触良好，棒与环的电阻均忽略不计（1）若棒以v 0＝5m/s 的速率在环上向右匀速滑动，求棒滑过圆环直径OO ′ 的瞬时（如图9所示）MN 中的电动势和流过灯L 1的电流。